进给数控车床Z向进给传动系统设计大专

摘要：本文针对数控车床Z向进给传动系统的设计方案的解析，通过在理论的基础上配合相应的例题加以分析、计算，以解释我们对于传动系统的设计能够较好的保证机械传动精度，充分体现进给传动系统在机床体中的重要性。
关键词：数控车床进给传动系统设计计算
1007-9416（2012）09-0174-01
我们知道对于数控车床Z向进给传动系统的设计要严格精确，要求进给机构有较高的定位精度，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。在本文，我们通过此设计项目进行计算分析，已知车床工作台质量为300kg，工件及夹具的最大质量为500kg，横向最大进给力为5000N。工作台纵向行程为750mm，进给速度1mm/min～4000mm/min，快速移动速度15m/min。导轨为矩形滑动导轨，表面粘贴聚四氟乙烯软带，该贴塑导轨的摩擦系数为0.04，要求设计的系统的定位精度满足0.012mm/300mm。

1、总体设计方案

首先初选伺服电动机，预设电动机转速，计算出螺距，由此来预选几种螺母丝杠副，再分别对它们进行强度计算。根据强度、螺距参数选择合适的丝杠副，再根据公式由丝杠副中的参数算出要求的电动机转速，再确定伺服电机。最后验算定位精度（若精度达不到本课题的要求，则选择更高精度的闭环方式）。根据定位精度，初步选择传动系统为半闭环。

2、各机械部件的设计与计算

2.1 滚珠丝杠副的选择

（1）精度等级确定，查表可知，精度的丝杠=6。故应选择精度。
（2）导程计算，设定伺服电机的最高转速=1500r/min。数控车床的伺服电动机通过联轴节与丝杠直接相联，即u=1，则丝杠的导程为。
（3）检测装置的选择与计算。
该半闭环系统角位移检测装置采用脉冲编码器，根据精度要求，=0.001mm/脉冲，电动机的脉冲数。
（4）丝杠动载荷的计算。当量载荷
　

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　由丝杠=1500r/min，工作台的=0。
滚珠丝杠副的工作寿命的选择，查表可知数控机床的工作寿命=15000h，=

1.0，=0，=5

根据选择依据：额定动载荷当量动载荷，从而可选择合适的滚珠丝杠副。
一般情况下，取滚珠丝杠副的预紧力。只要轴向外载荷不超过3倍的，就不必对预紧力提出额外的要求。而今最大载荷仅为5314N，故不需额外的预紧要求。

2.2 丝杠支承的选择

根据的规定，采用内径为30mm的轴承，且其支承方式采用一端固定、一端游动的方式。查表可知：轴向固定的一端采用接触角的型的角接触球轴承，面对面组配，游动的一端采用一个型推力圆柱滚子轴承。

2.3 进给系统伺服电机

2.3.1 惯量匹配和负载惯量的计算

工作台的最大质量为800kg，根据公式，折算到电动机轴的负载惯量包括联轴器、丝杠的转动以及工作台的移动三部分的惯量。
丝杠直径=63mm，滚珠丝杠长度，惯量扰性联轴器等的惯量
，电动机的转子惯量JM在范围之内。

2.3.2 最大切削负载转矩

已知=5314N，=0.01m，=0.8。滚珠丝杠预紧转矩值可用下式估算，，
根据计算结果可初选型交流伺服电动机，其额定转矩，转子惯量，均满足要求。

2.3.3 空载的加速转矩

其中一般取，我们可以看出型交流伺服电动机满足要求。

3、系统精度验算

本课题要求的定位精度是0.012/300mm，=6，其余误差在载荷的作用下为各个部件环节的位移。验证系统综合刚度的方式如下。
由于已选择一端固定一端游动的支承方式做为滚珠丝杠副的安装方式，故可知：，查表可知固定端预紧， ，，一般为1～2，取=2；由已选的内循环滚珠丝杠参数已知=160.2KN
故而可以
已知=19.06，轴承中的滚珠体数Z=6；滚珠螺母中点至轴承支点的距离
测量精度时，机床不切削，载荷就仅为摩擦力，故本设计中，则系统的弹性变形
4、结语
由此可得：在300mm长上的定位误差=+=7.48。再加上某些忽略的次要因素，可以满足定位精度0.012mm/300mm的要求。因此所选半闭环伺服系统满足设计要求。